JPH1160334A - アクチュエータ用圧電磁器組成物 - Google Patents
アクチュエータ用圧電磁器組成物Info
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- JPH1160334A JPH1160334A JP9216797A JP21679797A JPH1160334A JP H1160334 A JPH1160334 A JP H1160334A JP 9216797 A JP9216797 A JP 9216797A JP 21679797 A JP21679797 A JP 21679797A JP H1160334 A JPH1160334 A JP H1160334A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】低温焼成でき、また低温焼成したとしても広い
使用温度範囲で大きな圧電歪み定数ｄ33を示すアクチュ
エータ用圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉおよ
びＺｒを含有し、これらのモル比による組成式を、Ｂａ
x （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙが
０．９６≦ｘ≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１２を満
足する主成分と、該主成分１００重量部に対してＣｕを
ＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有してなるもの
である。
使用温度範囲で大きな圧電歪み定数ｄ33を示すアクチュ
エータ用圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉおよ
びＺｒを含有し、これらのモル比による組成式を、Ｂａ
x （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙが
０．９６≦ｘ≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１２を満
足する主成分と、該主成分１００重量部に対してＣｕを
ＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有してなるもの
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータ用圧
電磁器組成物に関し、精密工作機械における位置決め、
光学装置の光路長制御、流量制御用バルブ、超音波モー
タ、あるいは自動車のブレーキ装置等に使用するアクチ
ュエータ用圧電磁器組成物に関する。
電磁器組成物に関し、精密工作機械における位置決め、
光学装置の光路長制御、流量制御用バルブ、超音波モー
タ、あるいは自動車のブレーキ装置等に使用するアクチ
ュエータ用圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界を加えると機械的な歪みを生じる性
質を有する材料は、一般的に圧電材料と呼ばれ、電気機
械変換素子としてバイモルフ、圧電花火素子、超音波振
動子、圧電ブザー及びセラミックフィルタ等に幅広く利
用されている．また、このような用途に使用される圧電
材料として、ＢａＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 等が良く知られている．一
般に、圧電材料に電界を印加するとその結晶構造が変化
し、その結晶相の相転移点（キュリー点）において極大
の歪み変化を示す。結晶相の相転移点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の動作温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して使用している。
質を有する材料は、一般的に圧電材料と呼ばれ、電気機
械変換素子としてバイモルフ、圧電花火素子、超音波振
動子、圧電ブザー及びセラミックフィルタ等に幅広く利
用されている．また、このような用途に使用される圧電
材料として、ＢａＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 等が良く知られている．一
般に、圧電材料に電界を印加するとその結晶構造が変化
し、その結晶相の相転移点（キュリー点）において極大
の歪み変化を示す。結晶相の相転移点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の動作温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して使用している。
【０００３】例えば、特開平２−１５９０７９号公報で
は、ＢａＴｉＯ3 のＢａをＳｒで一部置換し、強誘電相
（正方晶）と常誘電相（立方晶）との相転移点をＢａＴ
ｉＯ3 自身の約１２０℃から使用温度（−３０℃〜＋７
０℃）の領域まで低下させ、大きな歪み量を示すアクチ
ュエータ用ＢａＴｉＯ3 系磁器を得ている。
は、ＢａＴｉＯ3 のＢａをＳｒで一部置換し、強誘電相
（正方晶）と常誘電相（立方晶）との相転移点をＢａＴ
ｉＯ3 自身の約１２０℃から使用温度（−３０℃〜＋７
０℃）の領域まで低下させ、大きな歪み量を示すアクチ
ュエータ用ＢａＴｉＯ3 系磁器を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−１５９０７９号公報に開示された圧電磁器組成
物では、大きな歪み量を付与するために、強誘電相（正
方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点を大きく低下さ
せるので、圧電特性を示す温度領域が狭くなってしまう
という問題があった。
開平２−１５９０７９号公報に開示された圧電磁器組成
物では、大きな歪み量を付与するために、強誘電相（正
方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点を大きく低下さ
せるので、圧電特性を示す温度領域が狭くなってしまう
という問題があった。
【０００５】このようなＢａＴｉＯ3 の相転移点を移動
させる手段として、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置
換することが考えられる。この方法によると強誘電相
（正方晶）と常誘電相（立方晶）との相転移点を大きく
低下させることなく、強誘電相（斜方晶）と強誘電相
（正方晶）との相転移点をＢａＴｉＯ3 自身の約５℃か
ら常温付近に移動させることができる。これを利用する
ことによって、広い使用温度範囲でＢａＴｉＯ3 系磁器
の歪み量を大きくすることが可能となる。
させる手段として、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置
換することが考えられる。この方法によると強誘電相
（正方晶）と常誘電相（立方晶）との相転移点を大きく
低下させることなく、強誘電相（斜方晶）と強誘電相
（正方晶）との相転移点をＢａＴｉＯ3 自身の約５℃か
ら常温付近に移動させることができる。これを利用する
ことによって、広い使用温度範囲でＢａＴｉＯ3 系磁器
の歪み量を大きくすることが可能となる。
【０００６】しかしながら、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒ
で一部置換した組成物は、ＢａＴｉＯ3 と比較して高い
焼成温度を要するという問題があった。従って、緻密化
し難く、大気中で焼成する場合には還元反応による圧電
特性の劣化が生じ、大きな歪み量を示す磁器を安定して
製造することが困難であるという問題がある。また、焼
成時に起こる特性のバラツキは、アクチュエータの信頼
性を低下させる原因となる。
で一部置換した組成物は、ＢａＴｉＯ3 と比較して高い
焼成温度を要するという問題があった。従って、緻密化
し難く、大気中で焼成する場合には還元反応による圧電
特性の劣化が生じ、大きな歪み量を示す磁器を安定して
製造することが困難であるという問題がある。また、焼
成時に起こる特性のバラツキは、アクチュエータの信頼
性を低下させる原因となる。
【０００７】本発明は、低温焼成でき、また低温焼成し
たとしても広い使用温度範囲で大きな圧電歪み定数ｄ33
を有するアクチュエータ用圧電磁器組成物を提供するこ
とを目的とする。
たとしても広い使用温度範囲で大きな圧電歪み定数ｄ33
を有するアクチュエータ用圧電磁器組成物を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置換した組成
物に対し、ＣｕＯを０．０５〜２．０重量部含有させる
ことにより、低温で焼成でき、特性のバラツキが小さ
く、しかも−３０℃〜＋８０℃における圧電歪み定数ｄ
33を大きくできることを見い出し、本発明に至った。
の結果、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置換した組成
物に対し、ＣｕＯを０．０５〜２．０重量部含有させる
ことにより、低温で焼成でき、特性のバラツキが小さ
く、しかも−３０℃〜＋８０℃における圧電歪み定数ｄ
33を大きくできることを見い出し、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明のアクチュエータ用圧電磁器
組成物は、金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉおよび
Ｚｒを含有し、これらのモル比による組成式を、Ｂａx
（Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙが０．
９６≦ｘ≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１２を満足す
る主成分と、該主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕ
Ｏ換算で０．０５〜２．０重量部含有してなるものであ
る。
組成物は、金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉおよび
Ｚｒを含有し、これらのモル比による組成式を、Ｂａx
（Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙが０．
９６≦ｘ≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１２を満足す
る主成分と、該主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕ
Ｏ換算で０．０５〜２．０重量部含有してなるものであ
る。
【００１０】
【作用】本発明のアクチュエータ用圧電磁器組成物で
は、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置換することによ
り、強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移
点を大きく低下させることなく、強誘電相（斜方晶）と
強誘電相（正方晶）との相転移点を５〜７０℃に移動さ
せることができ、これを利用して広い使用温度範囲で大
きな圧電歪み定数ｄ33が得られ、実際の使用温度範囲
（−３０℃〜＋８０℃）で歪み量を大きくすることが可
能となる。
は、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置換することによ
り、強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移
点を大きく低下させることなく、強誘電相（斜方晶）と
強誘電相（正方晶）との相転移点を５〜７０℃に移動さ
せることができ、これを利用して広い使用温度範囲で大
きな圧電歪み定数ｄ33が得られ、実際の使用温度範囲
（−３０℃〜＋８０℃）で歪み量を大きくすることが可
能となる。
【００１１】また、主成分１００重量部に対してＣｕを
ＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有することによ
り、ＢａＴｉＯ3 とほぼ同等あるいはそれ以下の低温で
焼成でき、大気中で焼成した場合でも還元反応が起こり
にくく、圧電特性の劣化を抑制でき、磁器特性のバラツ
キを小さく抑え、磁器を安定して製造することが可能と
なる。
ＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有することによ
り、ＢａＴｉＯ3 とほぼ同等あるいはそれ以下の低温で
焼成でき、大気中で焼成した場合でも還元反応が起こり
にくく、圧電特性の劣化を抑制でき、磁器特性のバラツ
キを小さく抑え、磁器を安定して製造することが可能と
なる。
【００１２】さらに、ＣｕをＣｕＯ換算で所定量含有す
ることにより磁器の圧電特性が向上し、大きな歪みを示
すアクチュエータ用圧電磁器組成物を得ることができ
る。
ることにより磁器の圧電特性が向上し、大きな歪みを示
すアクチュエータ用圧電磁器組成物を得ることができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明のアクチュエータ用圧電磁
器組成物は、モル比による組成式を、Ｂａx（Ｔｉ1-y
Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙが０．９６≦ｘ≦１．
０４、０．０１≦ｙ≦０．１２を満足する主成分と、該
主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯ換算で０．０
５〜２．０重量部含有してなるものである。
器組成物は、モル比による組成式を、Ｂａx（Ｔｉ1-y
Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙが０．９６≦ｘ≦１．
０４、０．０１≦ｙ≦０．１２を満足する主成分と、該
主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯ換算で０．０
５〜２．０重量部含有してなるものである。
【００１４】ＢａＴｉＯ3 のＴｉの一部をＺｒで０．０
１〜０．１２モル置換した理由は以下の通りである。一
般に、ＢａＴｉＯ3 自身は、約１２０℃に強誘電相（正
方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点（キュリー点）
を有する。ＢａＴｉＯ3 は、このキュリー点より低い温
度領域において圧電特性を示し、これより温度が高くな
ると圧電特性を示さなくなる。
１〜０．１２モル置換した理由は以下の通りである。一
般に、ＢａＴｉＯ3 自身は、約１２０℃に強誘電相（正
方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点（キュリー点）
を有する。ＢａＴｉＯ3 は、このキュリー点より低い温
度領域において圧電特性を示し、これより温度が高くな
ると圧電特性を示さなくなる。
【００１５】本発明の目的とするアクチュエータの使用
温度は−３０℃〜＋８０℃の範囲であり、この温度領域
において圧電特性を利用するには、磁器のキュリー温度
Ｔｃは８０℃よりも高いことが必要である。使用温度が
キュリー点に近づくと圧電特性が急激に低下することか
ら、８０℃の使用温度に対し、磁器のキュリー温度Ｔｃ
は９０℃以上である必要がある。
温度は−３０℃〜＋８０℃の範囲であり、この温度領域
において圧電特性を利用するには、磁器のキュリー温度
Ｔｃは８０℃よりも高いことが必要である。使用温度が
キュリー点に近づくと圧電特性が急激に低下することか
ら、８０℃の使用温度に対し、磁器のキュリー温度Ｔｃ
は９０℃以上である必要がある。
【００１６】即ち、Ｚｒ量ｙが０．１２モルよりも大き
い場合には、キュリー温度Ｔｃは９０℃よりも低くな
り、一方、Ｚｒ量ｙが０．０１モルよりも小さい場合、
ＢａＴｉＯ3 自身と比較し、その圧電特性において顕著
な差異が認められないことから、Ｚｒの置換量ｙの範囲
は０．０１〜０．１２モルである。Ｚｒの置換量ｙは、
耐熱性に優れるという点から０．０１〜０．０８モルで
あることが望ましい。
い場合には、キュリー温度Ｔｃは９０℃よりも低くな
り、一方、Ｚｒ量ｙが０．０１モルよりも小さい場合、
ＢａＴｉＯ3 自身と比較し、その圧電特性において顕著
な差異が認められないことから、Ｚｒの置換量ｙの範囲
は０．０１〜０．１２モルである。Ｚｒの置換量ｙは、
耐熱性に優れるという点から０．０１〜０．０８モルで
あることが望ましい。
【００１７】また、組成式Ｂａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ
3 において、ペロブスカイト型組成物のＡサイトとＢサ
イトの比（Ａ／Ｂ）を示すｘを０．９６〜１．０４とし
たのは、ｘが１．０４よりも大きな場合には焼結性が悪
化し、磁器中に異相が顕著に出現するために圧電特性が
低下するからである。またｘが０．９６よりも小さい場
合には還元反応が起こりやすく、磁器の圧電特性が低下
するからである。ｘは、特に圧電特性に優れるという点
から０．９８〜１．０２が望ましい。
3 において、ペロブスカイト型組成物のＡサイトとＢサ
イトの比（Ａ／Ｂ）を示すｘを０．９６〜１．０４とし
たのは、ｘが１．０４よりも大きな場合には焼結性が悪
化し、磁器中に異相が顕著に出現するために圧電特性が
低下するからである。またｘが０．９６よりも小さい場
合には還元反応が起こりやすく、磁器の圧電特性が低下
するからである。ｘは、特に圧電特性に優れるという点
から０．９８〜１．０２が望ましい。
【００１８】本発明では、Ｂａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ
3 （但し、ｘが０．９６〜１．０４、ｙが０．０１〜
０．１２）なる主成分１００重量部に対し、ＣｕをＣｕ
Ｏ換算で０．０５〜２．０重量部含有するが、これは、
ＣｕがＣｕＯ換算で０．０５重量部よりも少ない場合に
は、添加効果が殆どなく、低温焼成ができず、圧電特性
の劣化を抑制できないからである。また磁器の圧電特性
が殆ど向上しないからである。一方、２．０重量部より
も多い場合には、圧電特性が劣化するからである。圧電
特性を向上させるという観点で、Ｃｕは主成分１００重
量部に対してＣｕＯ換算で０．２〜２．０重量部が望ま
しい。
3 （但し、ｘが０．９６〜１．０４、ｙが０．０１〜
０．１２）なる主成分１００重量部に対し、ＣｕをＣｕ
Ｏ換算で０．０５〜２．０重量部含有するが、これは、
ＣｕがＣｕＯ換算で０．０５重量部よりも少ない場合に
は、添加効果が殆どなく、低温焼成ができず、圧電特性
の劣化を抑制できないからである。また磁器の圧電特性
が殆ど向上しないからである。一方、２．０重量部より
も多い場合には、圧電特性が劣化するからである。圧電
特性を向上させるという観点で、Ｃｕは主成分１００重
量部に対してＣｕＯ換算で０．２〜２．０重量部が望ま
しい。
【００１９】本発明のアクチュエータ用圧電磁器組成物
では、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｃａ、Ａｌ、Ｎａ等の
不可避不純物が混入する場合があり、また、プレス成形
の金型等から、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属
元素が混入する場合もある。
では、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｃａ、Ａｌ、Ｎａ等の
不可避不純物が混入する場合があり、また、プレス成形
の金型等から、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属
元素が混入する場合もある。
【００２０】さらに、温度特性、耐熱性を向上するため
に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ等を添加しても良い。
に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ等を添加しても良い。
【００２１】本発明のアクチュエータ用圧電磁器組成物
では、Ｂａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 で表されるペロブ
スカイト型結晶相にＣｕの大部分が固溶してなる結晶相
を主結晶相とする。
では、Ｂａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 で表されるペロブ
スカイト型結晶相にＣｕの大部分が固溶してなる結晶相
を主結晶相とする。
【００２２】本発明のアクチュエータ用圧電磁器組成物
は、例えば、次のようにして製造することができる。先
ず、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 及びＣｕＯの各粉
末を所定の割合で混合し、１０００〜１１５０℃で１〜
５時間仮焼した後、粉砕することにより所望の組成の圧
電材料の粉末を得る。この粉末を金型プレス、静水圧プ
レス等により所望の形状に成形した後、１２００〜１３
００℃で１〜３時間焼成することにより磁器を得る。こ
れを必要に応じて所望の厚さに加工して使用する。
は、例えば、次のようにして製造することができる。先
ず、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 及びＣｕＯの各粉
末を所定の割合で混合し、１０００〜１１５０℃で１〜
５時間仮焼した後、粉砕することにより所望の組成の圧
電材料の粉末を得る。この粉末を金型プレス、静水圧プ
レス等により所望の形状に成形した後、１２００〜１３
００℃で１〜３時間焼成することにより磁器を得る。こ
れを必要に応じて所望の厚さに加工して使用する。
【００２３】尚、ＣｕＯは調合時だけでなく、仮焼後・
粉砕前に添加しても同様な結果が得られるが、この場合
は１重量部以下のＣｕＯを添加することが望ましい。こ
れよりも多いと磁器中に異相が生じ易く、圧電特性が低
下し易いからである。
粉砕前に添加しても同様な結果が得られるが、この場合
は１重量部以下のＣｕＯを添加することが望ましい。こ
れよりも多いと磁器中に異相が生じ易く、圧電特性が低
下し易いからである。
【００２４】また、ＣｕはＣｕＯ換算で所定量含有する
ものであるが、ＣｕＯ粉末のみならず、Ｃｕ粉末、その
他のＣｕを含む化合物粉末であっても良い。
ものであるが、ＣｕＯ粉末のみならず、Ｃｕ粉末、その
他のＣｕを含む化合物粉末であっても良い。
【００２５】さらに、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2
及びＣｕＯ粉末は、それぞれの金属元素を含有する酸化
物、炭酸塩、酢酸塩等の無機化合物、もしくは有機金属
等の有機化合物のいずれであっても、焼成により酸化物
となるものであれば良い。
及びＣｕＯ粉末は、それぞれの金属元素を含有する酸化
物、炭酸塩、酢酸塩等の無機化合物、もしくは有機金属
等の有機化合物のいずれであっても、焼成により酸化物
となるものであれば良い。
【００２６】
【実施例】出発原料として、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｚ
ｒＯ2 を用いて、焼結体組成が、モル比による組成式Ｂ
ａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 におけるｘ、ｙが表１に示
す値となるように秤量し、この主成分１００重量部に対
して表１に示す値となるようにＣｕＯ粉末を添加した。
この混合物をＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで１２
時間湿式混合した。
ｒＯ2 を用いて、焼結体組成が、モル比による組成式Ｂ
ａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 におけるｘ、ｙが表１に示
す値となるように秤量し、この主成分１００重量部に対
して表１に示す値となるようにＣｕＯ粉末を添加した。
この混合物をＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで１２
時間湿式混合した。
【００２７】次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、
大気中で１１００℃で３時間仮焼し、該仮焼物を再び上
記ボールミルで粉砕した。その後、この粉砕物にバイン
ダー（ＰＶＡ）を混合して造粒した。得られた粉末を
１．５ｔ／ｃｍ2 の圧力で直径５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの
寸法からなる円柱にプレス成形した。これらの成形体を
ＭｇＯからなる板に並べ、大気中において表１に示す温
度で２時間焼成した。
大気中で１１００℃で３時間仮焼し、該仮焼物を再び上
記ボールミルで粉砕した。その後、この粉砕物にバイン
ダー（ＰＶＡ）を混合して造粒した。得られた粉末を
１．５ｔ／ｃｍ2 の圧力で直径５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの
寸法からなる円柱にプレス成形した。これらの成形体を
ＭｇＯからなる板に並べ、大気中において表１に示す温
度で２時間焼成した。
【００２８】得られた圧電磁器に銀電極を焼き付け、８
０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印
加して分極処理した。そして共振法により室温（２５
℃）下での圧電歪み定数（ｄ33）を求めた。
０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印
加して分極処理した。そして共振法により室温（２５
℃）下での圧電歪み定数（ｄ33）を求めた。
【００２９】また、上記圧電磁器の比誘電率を温度の関
数としてプロットすることにより強誘電相（正方晶）と
常誘電相（立方晶）の相転移点の温度（キュリー温度）
を求めた。これらの結果を表１に記載した。尚、焼成温
度は、磁器の理論密度を１としたとき相対密度が０．９
５になる温度とした。
数としてプロットすることにより強誘電相（正方晶）と
常誘電相（立方晶）の相転移点の温度（キュリー温度）
を求めた。これらの結果を表１に記載した。尚、焼成温
度は、磁器の理論密度を１としたとき相対密度が０．９
５になる温度とした。
【００３０】
【表１】
【００３１】この表１から、上記組成式中のｘが０．９
６よりも小さい場合や１．０４よりも大きい場合には圧
電歪み定数ｄ33が低下することが判る。また、ｙが０．
１２よりも多い場合には強誘電相（正方晶）と常誘電相
（立方晶）の相転移点（キュリー点）が９０℃よりも低
下することが判る。さらに、主成分１００重量部に対し
てＣｕＯ粉末が０．０５重量部よりも少ない場合や２．
０重量部よりも多い場合には圧電歪み定数ｄ33が低下す
ることが判る。
６よりも小さい場合や１．０４よりも大きい場合には圧
電歪み定数ｄ33が低下することが判る。また、ｙが０．
１２よりも多い場合には強誘電相（正方晶）と常誘電相
（立方晶）の相転移点（キュリー点）が９０℃よりも低
下することが判る。さらに、主成分１００重量部に対し
てＣｕＯ粉末が０．０５重量部よりも少ない場合や２．
０重量部よりも多い場合には圧電歪み定数ｄ33が低下す
ることが判る。
【００３２】これに対して、本願発明のアクチュエータ
用圧電磁器組成物では、１３００℃以下の低温で焼成で
き、しかも圧電歪み定数ｄ33が３０１ｐＣ／Ｎ以上であ
り、さらに強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の
相転移点（キュリー点）が９１℃以上であることが判
る。
用圧電磁器組成物では、１３００℃以下の低温で焼成で
き、しかも圧電歪み定数ｄ33が３０１ｐＣ／Ｎ以上であ
り、さらに強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の
相転移点（キュリー点）が９１℃以上であることが判
る。
【００３３】表１の試料Ｎo.１〜７についてｘと圧電歪
み定数ｄ33との関係を図１に示す。
み定数ｄ33との関係を図１に示す。
【００３４】ｘが０．９６〜１．０４には圧電歪み定数
ｄ33が３００ｐＣ／Ｎ以上であることが判る。
ｄ33が３００ｐＣ／Ｎ以上であることが判る。
【００３５】また、試料Ｎo.４、８〜１３についてｙと
キュリー温度（Ｔｃ）との関係を図２に示す。強誘電相
（正方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点の温度（キ
ュリー温度Ｔｃ）はＺｒ量ｙの増加に伴って低下するの
がわかる。一方、強誘電相（斜方晶）と強誘電相（正方
晶）の相転移点は、ＢａＴｉＯ3 自身の約５℃からＺｒ
量の増加に伴って室温付近まで上昇した。これら相転移
点付近では、外部電場を印加すると結晶の格子定数が大
きく変化するので大きな歪みが得られる。
キュリー温度（Ｔｃ）との関係を図２に示す。強誘電相
（正方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点の温度（キ
ュリー温度Ｔｃ）はＺｒ量ｙの増加に伴って低下するの
がわかる。一方、強誘電相（斜方晶）と強誘電相（正方
晶）の相転移点は、ＢａＴｉＯ3 自身の約５℃からＺｒ
量の増加に伴って室温付近まで上昇した。これら相転移
点付近では、外部電場を印加すると結晶の格子定数が大
きく変化するので大きな歪みが得られる。
【００３６】さらに、試料Ｎo.４、１４〜２４について
ＣｕＯ粉末の添加量と圧電歪み定数ｄ33との関係を図３
に示す。圧電歪み定数ｄ33は、ＣｕＯ粉末の添加量が
０．０５〜２．０重量部の場合には３００ｐＣ／Ｎ以上
となることが判る。
ＣｕＯ粉末の添加量と圧電歪み定数ｄ33との関係を図３
に示す。圧電歪み定数ｄ33は、ＣｕＯ粉末の添加量が
０．０５〜２．０重量部の場合には３００ｐＣ／Ｎ以上
となることが判る。
【００３７】さらにまた、試料Ｎo.１４〜１７につい
て、磁器の相対密度と焼成温度との関係を示すグラフを
図４に示す。この図４から、０．０５重量部以上のＣｕ
Ｏを添加した場合、焼成温度が著しく低下することが判
る。
て、磁器の相対密度と焼成温度との関係を示すグラフを
図４に示す。この図４から、０．０５重量部以上のＣｕ
Ｏを添加した場合、焼成温度が著しく低下することが判
る。
【００３８】ＣｕＯの添加量が０．０５重量部よりも少
ない試料Ｎo.１５の場合、無添加のＮo.１４と比較して
焼成温度は低下しなかった。０．０５重量部のＣｕＯを
添加したＮo.１６では焼成温度が約１５０℃低下し、
０．２重量部のＣｕＯを添加したＮo.４では、焼成温度
が約１８０℃低下した。さらに、１．５重量部と２．０
重量部のＣｕＯを添加した試料Ｎo.２１、２３の場合に
も、焼成温度が約２１０〜２３０℃低下した。
ない試料Ｎo.１５の場合、無添加のＮo.１４と比較して
焼成温度は低下しなかった。０．０５重量部のＣｕＯを
添加したＮo.１６では焼成温度が約１５０℃低下し、
０．２重量部のＣｕＯを添加したＮo.４では、焼成温度
が約１８０℃低下した。さらに、１．５重量部と２．０
重量部のＣｕＯを添加した試料Ｎo.２１、２３の場合に
も、焼成温度が約２１０〜２３０℃低下した。
【００３９】焼成温度を低下させるという観点から、Ｃ
ｕＯの添加は、０．０５重量部以上であれば良く、より
好ましくは０．２重量部以上である。しかしながら、
２．０重量部より多くのＣｕＯを添加すると、磁器中に
異相が顕著に発生し、磁器の特性を低下させる原因とな
る。
ｕＯの添加は、０．０５重量部以上であれば良く、より
好ましくは０．２重量部以上である。しかしながら、
２．０重量部より多くのＣｕＯを添加すると、磁器中に
異相が顕著に発生し、磁器の特性を低下させる原因とな
る。
【００４０】また、試料Ｎo.４と１４について圧電歪み
定数ｄ33と温度との関係を示すグラフを図５に示す。こ
こでは、基本組成：Ｂａ（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 １０
０重量部に対し０．２重量部のＣｕＯを添加した磁器
（Ｎo.４）の圧電歪み定数ｄ33を−３０〜＋９５℃の温
度範囲において求めた。また、比較例として、同じ基本
組成を有するがＣｕＯが無添加である磁器（Ｎo.１４）
の結果を示した。ＣｕＯを添加した試料Ｎo.４では、−
３０〜＋９５℃の温度領域において無添加のＮo.１４よ
りも明らかに大きな圧電歪み定数ｄ33の値を示してい
る。ＣｕＯを添加することにより、磁器の圧電性が向上
しているのがわかる。図中のＮo.４と１４とでは、圧電
歪み定数ｄ33の極大が５０℃において認められる。これ
はＴｉの一部をＺｒで置換することによって、ＢａＴｉ
Ｏ3 において約５℃に観測される強誘電相（斜方晶）と
強誘電相（正方晶）の相転移点が、５０℃に移動し、こ
の相転移点付近において圧電性が極大を示すためであ
る。
定数ｄ33と温度との関係を示すグラフを図５に示す。こ
こでは、基本組成：Ｂａ（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 １０
０重量部に対し０．２重量部のＣｕＯを添加した磁器
（Ｎo.４）の圧電歪み定数ｄ33を−３０〜＋９５℃の温
度範囲において求めた。また、比較例として、同じ基本
組成を有するがＣｕＯが無添加である磁器（Ｎo.１４）
の結果を示した。ＣｕＯを添加した試料Ｎo.４では、−
３０〜＋９５℃の温度領域において無添加のＮo.１４よ
りも明らかに大きな圧電歪み定数ｄ33の値を示してい
る。ＣｕＯを添加することにより、磁器の圧電性が向上
しているのがわかる。図中のＮo.４と１４とでは、圧電
歪み定数ｄ33の極大が５０℃において認められる。これ
はＴｉの一部をＺｒで置換することによって、ＢａＴｉ
Ｏ3 において約５℃に観測される強誘電相（斜方晶）と
強誘電相（正方晶）の相転移点が、５０℃に移動し、こ
の相転移点付近において圧電性が極大を示すためであ
る。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明のアクチュエータ
用圧電磁器組成物では、ＢａＴｉＯ3のＴｉをＺｒで一
部置換することにより、強誘電相（正方晶）と常誘電相
（立方晶）の相転移点を５〜７０℃に移動させることが
でき、広い使用温度範囲で歪み量を大きくできる。
用圧電磁器組成物では、ＢａＴｉＯ3のＴｉをＺｒで一
部置換することにより、強誘電相（正方晶）と常誘電相
（立方晶）の相転移点を５〜７０℃に移動させることが
でき、広い使用温度範囲で歪み量を大きくできる。
【００４２】また、主成分１００重量部に対してＣｕを
ＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有することによ
り、ＢａＴｉＯ3 とほぼ同等あるいはそれ以下の低温で
焼成でき、このため大気中で焼成した場合でも還元反応
を抑制して圧電性の劣化を防止し、磁器特性のバラツキ
を小さく抑えられ、磁器を安定して製造することが可能
となる。
ＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有することによ
り、ＢａＴｉＯ3 とほぼ同等あるいはそれ以下の低温で
焼成でき、このため大気中で焼成した場合でも還元反応
を抑制して圧電性の劣化を防止し、磁器特性のバラツキ
を小さく抑えられ、磁器を安定して製造することが可能
となる。
【００４３】さらに、Ｃｕを所定量含有することによっ
て磁器の圧電特性が向上し、大きな歪みを示すアクチュ
エータ用圧電磁器組成物を得ることができる。
て磁器の圧電特性が向上し、大きな歪みを示すアクチュ
エータ用圧電磁器組成物を得ることができる。
【図１】圧電歪み定数ｄ33とｘの関係を示す図である。
【図２】キュリー温度（Ｔｃ）とＺｒ量ｙの関係を示す
図である。
図である。
【図３】室温（２５℃）下で求めた圧電歪み定数ｄ33と
ＣｕＯ添加量の関係を示す図である。
ＣｕＯ添加量の関係を示す図である。
【図４】相対密度と焼成温度の関係を示す図である。
【図５】圧電歪み定数ｄ33の温度依存性を示す図であ
る。
る。
Claims (1)
- 【請求項１】金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉおよ
びＺｒを含有し、これらのモル比による組成式を、 Ｂａx （Ｔｉ1-y Ｚｒy ）Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙが ０．９６≦ｘ≦１．０４ ０．０１≦ｙ≦０．１２ を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対してＣ
ｕをＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有してなる
ことを特徴とするアクチュエータ用圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9216797A JPH1160334A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | アクチュエータ用圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9216797A JPH1160334A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | アクチュエータ用圧電磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1160334A true JPH1160334A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16694038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9216797A Pending JPH1160334A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | アクチュエータ用圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1160334A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6399529B1 (en) | 1999-06-14 | 2002-06-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Electric-field-inducible deformable material |
| JP2003095737A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-04-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電磁器組成物 |
| JP2007031219A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Toyota Motor Corp | チタン酸ビスマスナトリウム−ジルコニウムチタン酸バリウム系無鉛圧電セラミック及びその製造方法 |
| JP2010219509A (ja) * | 2009-02-18 | 2010-09-30 | Canon Inc | 強誘電体材料、強誘電体薄膜、強誘電体材料の製造方法および強誘電体素子 |
| JP2013086314A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
| JP2014062035A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-04-10 | Canon Inc | 圧電材料、圧電素子、および電子機器 |
| JP2014129215A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-07-10 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| US9673379B2 (en) | 2014-05-30 | 2017-06-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic device |
| US9981292B2 (en) | 2014-05-30 | 2018-05-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric material, piezoelectric element, method for manufacturing piezoelectric element, and electronic device |
-
1997
- 1997-08-11 JP JP9216797A patent/JPH1160334A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6399529B1 (en) | 1999-06-14 | 2002-06-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Electric-field-inducible deformable material |
| US6617274B2 (en) | 1999-06-14 | 2003-09-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Electric-field-inducible deformable material |
| JP2003095737A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-04-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電磁器組成物 |
| JP2007031219A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Toyota Motor Corp | チタン酸ビスマスナトリウム−ジルコニウムチタン酸バリウム系無鉛圧電セラミック及びその製造方法 |
| JP2010219509A (ja) * | 2009-02-18 | 2010-09-30 | Canon Inc | 強誘電体材料、強誘電体薄膜、強誘電体材料の製造方法および強誘電体素子 |
| JP2013086314A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
| JP2014062035A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-04-10 | Canon Inc | 圧電材料、圧電素子、および電子機器 |
| JP2014129215A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-07-10 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| US9673379B2 (en) | 2014-05-30 | 2017-06-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic device |
| US9981292B2 (en) | 2014-05-30 | 2018-05-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric material, piezoelectric element, method for manufacturing piezoelectric element, and electronic device |
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